[发明专利]一种磷酸生产中的脱砷方法

说明书

技术领域：

本发明属于无机化学工业中的磷酸生产技术领域，涉及热法磷酸生产中的一种脱砷方法。

背景技术：

磷酸是重要的化工原料和中间体，磷酸的生产方法主要有湿法和热法，窑法磷酸正处于开发中。湿法磷酸的生产方式是用无机酸与磷矿石分解反应制得磷酸，湿法磷酸的浓度低、杂质多，主要用于农业用磷肥的生产，现在也出现了一些净化湿法磷酸以生产质量较好的磷酸。热法磷酸具有产品浓度高、纯度高等优点，在高技术、高附加值精细磷化工上用途越来越广。热法磷酸的生产工艺主要分为黄磷燃烧、五氧化二磷水合、工业磷酸脱砷净化等三个相对独立的工序，热法磷酸按纯度常分为工业级、食品级、电子级。磷酸中的砷、铅等杂质对人体是有害的，砷是一种原生质毒物，具有很高的毒性，其化合物的毒性也十分剧烈，所以除去磷酸中的砷十分重要。食品级与电子级磷酸都需要将工业磷酸中的砷、铅等杂质高度脱除。目前砷在磷酸中的化学态还没有一致的说法，但大多数人认为是以砷酸或亚砷酸等形态存在。

磷酸脱砷的方法主要有以下几种

①硫化物沉淀法：通过在磷酸原料中加入某种沉淀剂，使其产生难溶或不溶的化合物析出，然后通过过滤分离而得到低砷磷酸。以P₂S₅做脱砷剂其反应原理为：

P₄S₁₀+16H₂O＝4H₃PO₄+10H₂S↑

H₃AsO₄+H₂S＝H₃AsO₃+H₂O+S↓

2H₃A_sO₃+3H₂S＝6H₂O+A_s2S₃↓

Pb²⁺+S^2-＝PbS↓

②溶剂萃取法：基于磷酸可溶于有机酸中而杂质砷则被萃取出来，从而使其分离。

③离子交换法：用强酸性离子交换树脂处理磷酸，从而除去杂质砷。

溶剂萃取和离子交换法由于设备和处理成本太高，不具备大规模工业生产的可行性。

④卤化物脱砷法：日本东洋纺织株式会社发明，专利公开号CN1332698A，CN1817790A该方法是通过向聚磷酸中通入卤化氢气体，或者加入能在酸性条件下形成卤化氢的铁、铜、锡的氯化物来脱砷，将砷转化为挥发点不高的气态物质，通过加热蒸发的方式分离。此法缺点：含砷化物尾气危险性高，处理难度大，处理成本高，此法向聚磷酸中引入卤族元素杂质，对聚磷酸产品质量有较大影响，在氯离子作用下聚磷酸的腐蚀性也大大增加从而导致该工艺在产业化的过程中对设备材质要求提高，生产成本提高。

以上几种方法中，以硫化物沉淀法最常用。此法所需的步骤和设备简单，脱砷效果好。在以下文献中有对硫化物沉淀法的讨论：

《化工设计》1997年第4期“浅谈食品级磷酸脱砷后处理装置的设计”介绍了实用搪瓷玻璃材质的脱砷反应釜，在100℃左右加入P2S5反应1小时，冷却沉降至50℃左右进入过滤机过滤。并分别分析了板框过滤机，连续水平真空带式过滤机，离心式过滤机和预敷层转鼓真空过滤机各自的优缺点。

《磷酸盐工业》2001年第4期“热法工业磷酸的脱砷实验”设计在密封的反应釜中加入P2S5进行脱砷反应，脱砷反应结束后进行过滤(滤料为硅藻土或石英砂，用真空泵减压过滤)，过滤后的磷酸经过脱气，净化最后得到低砷磷酸。

《磷酸盐工业》2003年第1期“低砷磷酸产品开发工艺的探讨”介绍了使用P2S5做脱砷剂的脱砷工艺流程。

《硫磷设计与粉体工程》2005年第6期“由工业磷酸连续操作生产食品级磷酸”介绍了去除工业磷酸中的砷，硫化物，易氧化物及脱色的连续生产工艺。

以上文献只是讨论了磷酸脱砷的方法，但是对脱砷需要的设备和工艺流程没有详细的说明，所以在实际生产中难以实现。